光纖反射內存網關鍵技術

1）高實時性低開銷網絡通訊協議的設計與實現

目前主流公開的網絡協議，如以太網所使用的TCP/IP協議雖然功能完備、運行穩定，但其傳輸機制和服務方式都比較復雜冗余，實時性較差，不適合于多實時性有較高要求的領域。

光纖反射內存網通訊協議要在保證高實時性和穩定性前提下，降低協議的復雜度。在保證網絡基本服務和傳輸穩定性的前提下，盡量提高系統的傳輸性能、實時性及相應速度。同時要有完整的錯誤處理機制，在錯誤發生的情況下保證錯誤不蔓延，有良好的自愈能力。

2）邊收邊轉的數據轉發模式實現低延時數據轉發

在協議控制器設計上采用RFMMA(ReflectiveMemory Multiple Access)基于反射內存的多模式存取技術，支持數據、IO、命令、中斷等多種數據傳輸模式。

在協議實現上，即協議控制器的設計上，要采取低延時的數據轉發策略，將轉發延遲控制在1us以內，這個對協議控制器實現提出了很高的挑戰。主要采用此一下方法：1）采用邊收邊轉發的數據傳輸模式，不采用存儲轉發模式，減小數據在單個節點上的轉發延遲，提高系統實時性。2）在協議設計時，優化設計，壓縮信息頭的長度，并將重要信息都放在信息頭前面，以方便轉發時進行快速判斷。3）設計了完備的數據幀回收機制，通過節點ID、傳輸計數器等方式保證了廢數據幀的可靠回收。同時，采用CRC校驗碼校驗數據的正確性。

一般的網絡接口設備在轉發數據是都采用存儲轉發的方式，轉發延遲過大，導致整個系統的延時加大，實時性降低。采用即時收/轉（邊收邊轉發）模式，在接收數據的同時完成處理和轉發，代替常用的存儲轉發模式，只需4個時鐘周期便可完成判斷&轉發，典型數據幀是（長度256Byte）轉發延遲比存儲轉發縮短了30倍以上。實測延時小于0.6us。

3）光纖HUB的換網動態重構及數據監測技術

利用高速開關陣列及FPGA集成的高速收發器，構建一個開關陣列，通過開關陣列的切換，形成內外雙環的數據傳輸通路，是光纖網絡數據在邏輯上形成一個環形傳輸方式，并通過FPGA收發器實時采集數據實現網絡狀態的監控及故障節點的自診斷自隔離。

4）高速電路設計及仿真驗證技術

光纖反射內存網絡波特率2.5Gbps，電信號的這個數據通訊速率下傳輸，屬于高速電路設計。為保證數據可靠傳輸、保證系統的電磁兼容性、信號完整性，對電路板PCB設計提出了較高的要求。為保證設計質量，采用了Cadence公司的SigXplorer軟件進行電路仿真，對仿真結果進行多輪迭代來改進設計。

  反射內存網絡（RFM網絡）是基于環狀/星狀、高速復制的共享內存網絡。它支持不同總線結構的多計算機系統，并且可以使用不同的操作系統來共享高速的，穩定速率的實時數據。 反射內存可廣泛用于各種領域，例如實時的飛行仿真器、核電站仿真器、電訊、高速過程控制（軋鋼廠和制鋁廠）、高速測試和測量以及軍事系統。 與那些需要為附加的軟件開發時間，測試，維護，文檔，以及額外的CPU要求提供開銷的傳統的連接方法相比，RFM產品的網絡提供了性價比極為*的高性能的選擇。 　　反射內存的優點： ■ 高速的、基于2.12G波特率的網絡，zui大傳輸速率可達174Mbyte/s； ■ 簡單易用；　　 ■ 與操作系統和處理器無關；　　 ■ *省去軟件開發開銷和周期；　 ■ 可以實現實時連接的穩定的數據傳輸；　　 ■ 可以與通用的計算機和總線連接；　 ■ 比標準通信和技術更為*；　　 ■ 極短的數據傳輸延遲；　　 ■ 簡單的軟件，較低的管理費用和較高的抗*力；　 ■ 節點間距離可達10公里（單模）/300米（多模）。 　　反射內存實時網的特點 反射內存是一種通過局域網在互連的計算機間提供高效的數據傳輸的技術，強實時網絡設計人員已經越來越多地采用這種技術。反射內存實時局域網的概念十分簡單，就是設計一種網絡內存板， 在分布系統中實現內存至內存的通信，并且沒有軟件開銷。每臺結點機上插一塊反射內存卡，卡上帶有雙口內存，各層軟件既可以讀也可以寫這些內存，當數據被寫入一臺機器的反射內存卡的內存中后，反射內存卡自動地通過光纖傳輸到其他連在網絡上的反射內存卡的內存里，通常，只需幾百納秒的時間延遲，所有的反射內存卡上的內存將寫入同樣的內容。而各成員在訪問數據時，只要訪問本地的反射內存卡中的內存即可。VMIC反射內存具有以下主要特點： （1）高速度和高性能 ，傳輸速度達到174M字節/秒。使用光纖，可以連接更多節點（zui大到256個節點），具有很高的抗*力。測試結果表明，從數據寫入RAM到傳到另一個結點的反射內存卡上，只有不到400納秒的時延。 （2）使用方便 反射內存卡通過向每個節點機提供一套相同的數據備份使得各節點可以并發的訪問相同的內容在訪問反射內存卡的內存時與訪問自身的內存沒有差別。各節點間數據*性是由反射內存卡保證，對應用軟件是透明的。安裝簡單，將反射內存卡插在主板一個可用槽口上，再將各臺主機通過光纖網或扁平數據線連在一起即可。 （3）獨立于操作系統和處理機 反射內存卡可以VME、PCI、PMC、Compact PCI、Multibus I等多種總線上使用，可以將ALPHA、Power PC、Macintosh、奔騰等計算機通過反射內存卡實時網絡連接在一起，組成一個集群系統。 （4）確定的數據傳輸時間 在反射內存卡中，當數據被寫入本地的反射內存卡板的內存中時，就被同時傳輸到其他相連的計算機上，沒有軟件延遲，硬件延遲也非常小。光纖反射內存卡在節點間傳輸數據時只需400納秒。這種確定的時間延遲為設計實時應用提供了有效的保證。 （5）經濟、高效 反射內存卡的數據傳輸速率大，沒有以太網那樣要多層協議。其次，反射內存卡使用簡單，不需要開發額外通訊軟件，利于提高系統的可靠性，也節省了軟件的開發費用。 基于反射內存實時網的實現機制 反射內存卡是一組雙口內存板。當數據存儲到反射內存卡時，板上的高速邏輯會自動將此數據連同地址送到網上的其它反射內存卡板上，數據傳遞*由硬件驅動，不需要CPU干預，結果網上下一結點在400納秒內就會在相同地址處有相同數據。反射內存卡可看成是由網上所有結點共享的單元內存卡，不存在訪問限制與仲裁，每個結點就像訪問本地內存一樣，實現了結點間的數據共享。 （1）數據傳輸方式 的反射內存卡zui大可以連接256個互相獨立的節點，共享內存的zui大量可以到128M字節，數據傳輸速度可達174M/秒、節點間距離可以到10KM。反射內存卡支持中斷，通過中斷機制可以實現節點機之間的通訊同步。 （2）使用中斷實現同步 VMIC反射內存卡支持用中斷方式通知節點接收數據，當數據被送到某節點時，可以通過中斷告訴該節點。反射內存卡提供了三個中斷，用戶可以定義這些中斷的優先級、中斷相量及具體功能。 （3）錯誤管理技術 反射內存卡有錯誤監測和報告的功能，通過對數據的奇偶校驗位的檢查，可以發現數據是否有錯。反射內存卡提供冗余傳輸模式，即每次傳輸數據時都傳兩份，當*份出錯時，使用第二份。